实验八  三相鼠笼式异步电动机及正、反转控制

    一、实验目的

    1．了解三相鼠笼式异步电动机的结构及铭牌数据的含义。

    2. 了解交流接触器、热继电器、按钮等元件的结构、动作原理及其使用方法。

3．学习异步电动机正、反转控制线路的接线和调试。  

4. 学会使用兆欧表、转速表、钳形电流表。

    二、实验原理简述

    三相鼠笼式电动机主要由定子和转子两部分组成。定子绕组是三相对称绕组，有六个出线端、、、、、分别接在机座线盒上。其中D1、D4为一相定子绕组的首端和末端，D2、D5为另一相定子绕组的首末端，又D3、D6为一相定子绕组的首末端，如图1-8-2所示。根据电动机的铭牌数据和三相电源电压确定连接成星形（Y形）还是接成三角形（Δ形）。具体接法如图l-8-1所示。

电动机转子绕组如同一个圆柱型的笼子，在小容量电动机中，转子绕组以及作冷却用的风扇叶通常用铝铸成一体，以简化制造工艺。

                  (a) Y接法                          （b） △接法

1-8-1  三相鼠笼式电动机的接法

    三相鼠笼式异步电动机的主要额定值都标注在电动机的铭牌上。

为了电动机能安全可靠地运行，除了保证电动机正常工作所需的一切外部条件外，电动机内部绕组间和绕组与机壳间还必须有良好的绝缘。因此，使用电动机之前和使用期间都应作绝缘电阻的检测。

测试电动机绝缘电阻的接线图如图l-8-2所示。通常对额定电压500V以下的电动机采用500V兆欧表进行测试。三相380V电动机的各种绝缘电阻都必须大于0.5兆欧方可使用。

三相鼠笼式电动机的起动方法分直接起动和降压起动两种。直接起动的电流大，适用于小容量电动机。降压起动能减小起动电流，但起动转矩相应减小，适用于容量较大及起动转矩要求不大的场合。

图1-8-2电动机绝缘电阻的测量

以继电器、接触器为主体的继电接触控制电路是目前仍广泛应用的电动机控制电路。异步电动机的正、反转控制电路在不少生产机械中得到了广泛的应用。
    交流接触器是一种受电磁作用而动作的电器，其主触头容量大，用于电动机主电路以实现三相电压的加入。其辅助触头（常开和常闭）容量小，用于电动机控制电路，起自锁或互锁作用。交流接触器的主要技术数据为触头额定电流、额定电压和吸引线圈的工作电压。
    热继电器是一种依靠双金属片受热变形而动作的电器，用来作过载保护。热元件接于主电路，触头接于控制电路。主要技术数据为热元件的额定电压和整定电流。

    三相异步电动机正、反转控制线路如图1-8-3所示。

    由三相异步电动机工作原理可知，要改变电动机的转向，只要改变通入电动机定子的三相电源相序即可，也就是调换电源通向定子三根相线中的任意两根。如图1-8-3所示，主电路中，当正转接触器的主触头闭合，定子绕组三个头、、D3分别接入电源的A、B、C相，而当反转接触器的主触头闭合，定子绕组三个头、、D3分别接入电源的C、B、A相。可见，通入定子绕组的电源相序改变，电动机就反转。（注意：，和不能同时闭合！）

    控制电路中，用起动按钮控制动作，电动机正转；用控制动作，电动机反转。

    图1-8-3的控制电路中，常开触头、为自锁触头，它保证电动机起动后，松开起动按钮、电动机继续运转。                                               

    常闭触头 、为互锁触头，它保证电动机正转时断开反转电路，电动机反转时，断开正转电路，以防止、一起动作，使主电路发生短路故障。

控制电路一般具有失压保护、短路保护和过载保护，如图l-8-3所示。

失压保护：电动机运行时，由于电源突然停电，使接触器线圈失电，电动机停止运转；一旦电源恢复供电，不按起动按钮，电动机不会自行起动，这就称失压保护，它能避免因电动机自行起动而造成人身、设备事故。

    短路保护：由熔断器FU实现，当电路发生短路事故时，熔断器FU自动熔断，整个线路断开。

过载保护：由热继电器KH实现，其作用是限制电动机绕组的允许温升，当电动机发生过载时，接在主电路中的热元件弯曲变形，使KH的常闭触点断开，控制电路断电，电动机停转；排除故障后，按下的复位按钮，为继续工作做好准备。一般电动机有两相接发热元件即可。在实验室中，为了延长电器零件的寿命和接线方便，常把电器固定在一块板上，把它的线圈、触头的接线头也引在板上。

三 实验仪器设备

表1-8-1

四、预习报告
1．阅读第二篇中关于钳形表、兆欧表的工作原理和使用方法。

2．是否可用普通万用表测试电动机的绝缘电阻（可以／不可以）？

3．直接起动电动机时，出现下列故障，你认为其故障的原因何在？

（1）合上电源开关，电动机不转动，亦无其它异常现象，其故障的原因可能是_______。

（2）合上电源开关后，电动机不转动，但发出嗡嗡的电磁噪声，其故障的原因可能是_____。

(3）合上电源开关后，电动机迅速转动起来，但不多久电动机温升很高，可闻到焦糊味，其故障的原因是__________。

 4．三相异步电动机的空载转速应_______(大于、略大于、小于、等于）电动机铭牌上标注的转速。

 5．改变电动机的转向只需要换接______(任何二相／三相)的接线。

 6．在电动机的正、反转控制电路中，如图l-8-3的控制电路中，若不接KMF和KMR（常开触头），则电路将处于_____工作方式；若不接KMF和KMR（常闭触头），则电路可能会出现_______故障。

7．在接线、拆线或实验过程中检查电路时，首先必须_______三相电源。

8．若不小心发生短路现象，应首先______________然后再检查电路。

五、实验步骤

1．三相异步电动机的铭牌数据记录于表1-8-2中。

表1-8-2

2. 测量电动机的绝缘电阻

（1）用兆欧表测量电动机绕组与机壳之间的绝缘电阻。首先按图1-8-2(a)接线，注意：电动机机壳表面的被测点要擦干净，以获得正确的测量数据，并记入表1-8-3 中。
     (2)用兆欧表分别测量两相绕组之间的绝缘电阻。将电动机定子绕组出线端上的联接片断开， 分别取出两相绕组的一端，按图1-8-2(b)接线，测量绕组间绝缘电阻，并记入表1-8-3中。

表1-8-3

3．电动机正反转控制及起动电流、空载电流 、转速 n的测量。

按图1-8-3 接线 ，经检查无误后，合上三相电源，按按钮，观察电动机的转向，再按使电动机停止，然后按观察电动机反转。

接线方法：
接线采取先主电路后控制电路，先串联后并联接线的原则。

主电路接线顺序为：
  （1）电源三根相线→三个主触头→其中两相接发热元件→电动机定子绕组的三个出线端。
  （2）将三个主触头并联在主触头两端，但要注意交叉接线，即并联的三个主触头使电动机改变相序。
    控制电路接线顺序为：
   （l）电源一根相线→停止按钮→正转启动按钮→常闭触头→线圈→KH常闭触头→电源另一根相线。
   （2）两端并联常开触头。
   （3）接线端1→→常闭触头→线圈→接线端2。
    (4)两端并联常开触头。  

接线正确后，起动电动机,用钳形电流表和转速表测出电动机的起动电流、空载电流和空载转速。

=__________(A)

=____________(A)

  =_____________(r/min)

    * 4. 电动机的降压起动。

    正常运行时作Δ联接的三相鼠笼式电动机可把电动机接成Y起动，待转速接近正常转速时，再把电动机接成Δ。图1-8-4为Y-Δ起动的电路图。按图连接电路，当三刀双投开关扳向下方时，电动机绕组作Y联接，测量电动机的起动电流，并与Δ接法直接起动的起动电流作比较。然后把开关扳向上方，电动机绕组作Δ联接，进人正常运行。

测得   =     

           =      

注意，本实验中在进行电动机的Y一Δ降压起动时，应选择220 V的三相交流电源。

图1-8-4  Y一Δ起动

 * 5．在教师示范下，观察三相鼠笼式电动机两种常见故障，（单相起动和单相运行）的情况，了解这时电动机的噪声和电流值。（注意：电动机的单相起动和单相运行只能在短时间内进行，而且不能经常出现，否则影响电动机寿命，甚至烧毁电动机）

六、实验总结
    1．根据实验情况，总结完成本实验需注意的问题。

2．为什么实验中所测得的转速略大于电动机的铭牌上所标注的转速？

3．在电动机的正、反转控制实验电路图中，为什么不能用熔断器作为过载保护？

4．本实验线路中，电动机正转与反转的转换必须经过按（停止按钮）后进行，为什么？如果不经过（停止按钮），如何实现电动机正转时按反转按钮，电动机自动从正转变为反转？试画出其控制线路图。

    七、实验注意事项

    1．注意安全用电，接线、拆线或实验过程中检查电路时，必须切断三相电源。

    2．实验中若出现异常现象，应首先切断三相电源，然后分析原因，检查电路并报告指导教师。